管延飛，郭 黎，吳娜娜，鄭加財，劉海瑞

?

不同水平擊劍運動員弓步動作中膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)分析

管延飛，郭 黎，吳娜娜，鄭加財，劉海瑞

目的：分析不同水平擊劍運動員在弓步動作過程中雙側(cè)膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)表現(xiàn)的差異，探討影響弓步速度的生物力學(xué)因素。方法：7名優(yōu)秀擊劍運動員和9名一般水平擊劍運動員以最快速度完成原地向前的大幅度弓步動作，同步采集、分析運動員弓步速度、后腿蹬地地面反作用力及弓步過程中雙側(cè)膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)表現(xiàn)。結(jié)果：優(yōu)秀運動員弓步動作中水平方向重心速度峰值、后腿蹬地地面水平方向反作用力峰值以及后腿伸膝力矩峰值均顯著高于一般運動員(P<0.05)，后腿伸膝功率峰值到達時間顯著小于一般運動員(P<0.05)；弓步啟動后所有運動員前腿膝關(guān)節(jié)先屈后伸，優(yōu)秀運動員前腿屈膝程度、伸膝角速度峰值均顯著低于一般運動員(P<0.05)，前腿伸膝時間顯著大于一般運動員(P<0.05)。結(jié)論：后腿膝關(guān)節(jié)在弓步過程中的動力學(xué)表現(xiàn)是決定擊劍運動員弓步速度的主要因素；不同水平擊劍運動員弓步動作中后腿蹬地能力的差異導(dǎo)致了前腿膝關(guān)節(jié)運動學(xué)表現(xiàn)的差異；弓步啟動時，前腿伸膝之前屈膝程度過大可能會限制弓步距離，同時對弓步落地和出劍選擇產(chǎn)生不利影響。

擊劍；弓步；膝關(guān)節(jié)；爆發(fā)力；重心速度

1 前言

弓步技術(shù)是擊劍比賽中運動員得分的主要技術(shù)[5]。研究表明，在擊劍比賽中，男子運動員平均每23.9 s使用一次弓步，女子運動員平均每20 s就會使用一次弓步[2]。弓步的質(zhì)量直接關(guān)系比賽勝負(fù)，弓步速度是評價弓步質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是評價擊劍運動員競技水平的重要依據(jù)[5]。有研究發(fā)現(xiàn)，擊劍運動員弓步速度與弓步動作中后腿伸膝最大角速度顯著相關(guān)，后腿的蹬伸速度是弓步速度的主要決定因素之一[1]。舒建平[4]采用APAS系統(tǒng)對擊劍弓步動作進行分析后認(rèn)為，運動員弓步動作中雙側(cè)膝關(guān)節(jié)角度變化大小是決定擊劍弓步速度的主要因素。在擊劍弓步動作中，運動員前腿和后腿執(zhí)行不同的運動模式，后腿伸肌群快速收縮使后腿蹬地為弓步動作提供驅(qū)動力，而前腿快速伸膝帶動小腿向前踢出[14,15]。在弓步動作開始后，前腿的快速擺動能獲得較大的沖力，延長后腿蹬地的時間，配合后腿蹬地帶動人體總重心前移，且前腿向前擺動時膝關(guān)節(jié)的伸展程度能夠?qū)缴疃犬a(chǎn)生影響[13]。另外，有研究報道， 弓步速度和前腿膝關(guān)節(jié)最大功率到達時間及平均功率存在關(guān)聯(lián)[6]。

綜合已有研究可以發(fā)現(xiàn)，下肢雙側(cè)膝關(guān)節(jié)在擊劍弓步動作中的運動表現(xiàn)是影響弓步速度的重要因素。然而，已有研究大多集中在運動員雙側(cè)膝關(guān)節(jié)在弓步動作中的生物力學(xué)表現(xiàn)與弓步速度的關(guān)系方面，而不同水平運動員雙側(cè)膝關(guān)節(jié)在弓步過程中的生物力學(xué)表現(xiàn)差異對弓步質(zhì)量的影響鮮見報道。本研究通過比較一般運動員與優(yōu)秀運動員雙側(cè)膝關(guān)節(jié)在弓步過程中生物力學(xué)表現(xiàn)的差異，探究影響擊劍弓步速度的生物力學(xué)因素，為提高擊劍運動員弓步質(zhì)量提供參考。

2 研究對象和方法

2.1 研究對象

上海市男子重劍隊運動員7人，其中，運動健將4人，一級運動員3人，為優(yōu)秀運動員；某體育學(xué)院運動訓(xùn)練專業(yè)及附屬競技學(xué)校男子擊劍二級運動員9人，為一般運動員(表1)。

n年齡(歲)身高(m)體重(kg)訓(xùn)練年限(年)優(yōu)秀運動員722．6±2．161．93±0．3387．00±7．267．29±1．25一般運動員923．2±2．101．85±0．5373．44±7．465．89±2．21

2.2 研究方法

2.2.1 實驗方案

測試之前受試者進行5 min慢跑，跑步機速度設(shè)置為6.5 km/h。慢跑完畢后再進行5 min拉伸活動。測試時受試者面向劍靶，前后腳分別位于兩塊測力臺上，劍靶與受試者的距離根據(jù)受試者身高進行調(diào)節(jié)，使靶面距運動員后腳腳尖水平距離為1.5倍身高[17]。要求受試者持劍以最快速度弓步刺靶(圖1)，每名受試者試刺5次。每名受試者正式測試成功采集至少6次，選取其中峰值速度最大的3次弓步動作進行分析。

圖 1 本研究受試者弓步動作示意圖Figure 1. Fencing Lunge of the Subject

2.2.2 所用儀器和評價參數(shù)

測試設(shè)備采用瑞士生產(chǎn)的KISTLER三維測力臺(型號9287B，長×寬：90×60 cm，內(nèi)置信號放大器，采樣頻率1 000 Hz)和英國生產(chǎn)的16臺VICON T40鏡頭紅外高速運動捕捉系統(tǒng)(Vicon Motion Analysis Inc.,Oxford,UK，采樣頻率100 Hz)，對運動員弓步動作地面反作用力(GRF)和運動學(xué)數(shù)據(jù)進行同步采集。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理

將VICON系統(tǒng)中預(yù)處理過的數(shù)據(jù)(C3D文件)導(dǎo)入Visual 3D(C-Motion,Inc.,Germantown,MD,U.S.A.) 軟件。運動學(xué)數(shù)據(jù)和GRF濾波采用4th-order Butterworth 低通濾波，截止頻率分別為12 Hz和100 Hz[18]。在Visual 3D中構(gòu)建14環(huán)節(jié)人體模型[11]，根據(jù)人體慣性參數(shù)[20]確定人體重心位置，以人體重心在水平方向上的速度代表弓步速度。在Visual 3D軟件中計算下肢3維運動學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)(采用右手法則)并導(dǎo)出。力矩、角速度、功率指標(biāo)，膝關(guān)節(jié)屈為負(fù)值(-)，伸為正值(+)。弓步動作起點定義為前腳離開地面瞬間(前腳GRF=0)，動作終點定義為前腿膝關(guān)節(jié)伸膝達最大角度。

2.2.4 選取指標(biāo)

1)弓步過程中受試者水平方向重心速度峰值(Horizontal Peak Velocity of Center of Gravity,HVmax)，單位為m/s;2) 經(jīng)體重標(biāo)準(zhǔn)化后的受試者弓步過程中后腿蹬地產(chǎn)生地面反作用力的水平方向分力峰值(GRFmax)，單位為體重(BW);3) 膝關(guān)節(jié)角度(Knee Joint Angle)為小腿向量與大腿向量的夾角(°)，大腿向量由膝關(guān)節(jié)指向髖關(guān)節(jié)，小腿向量由膝關(guān)節(jié)指向踝關(guān)節(jié)，下肢直立位膝關(guān)節(jié)角度為180°；4) 膝關(guān)節(jié)角速度峰值(Peak Angular Velocity of Knee Joint)為伸膝階段膝關(guān)節(jié)角速度最大值，單位為°/s；5) 前腿伸膝時間(Time of Extension in Leading Knee)為自前腿膝關(guān)節(jié)最小角度至最大角度所用時間，單位為s；6) 通過逆向動力學(xué)計算關(guān)節(jié)力矩峰值(Peak Joint Moment)，關(guān)節(jié)功率峰值(Peak Joint Power)為關(guān)節(jié)力矩與關(guān)節(jié)角速度乘積的最大值(均在Visual 3D軟件中直接計算)。力矩和功率峰值均為根據(jù)體重進行標(biāo)準(zhǔn)化后的結(jié)果，單位分別為Nm/kg和W/kg；7) 前膝關(guān)節(jié)功率峰值到達時間(Time to Peak Power of Leading Knee Joint)為自動作起點至前腿伸膝功率達峰值所用時間，單位為s。

2.2.5 統(tǒng)計學(xué)處理

選取每名受試者峰值速度最快的3次弓步動作，計算相關(guān)指標(biāo)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。采用獨立樣本t檢驗(Independent t tests)比較兩組受試者弓步動作過程中膝關(guān)節(jié)動力學(xué)、運動學(xué)相關(guān)指標(biāo)及HVmax、GRFmax之間的差異，顯著性標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為α=0.05。統(tǒng)計軟件為SPSS 20.0。

3 研究結(jié)果

3.1 不同水平運動員弓步表現(xiàn)

優(yōu)秀運動員弓步過程中HVmax(P=0.001)和GRFmax(P=0.016)均顯著高于一般運動員(表2)。

優(yōu)秀運動員(n=7)一般運動員(n=9)PHVmax(m/s)2．64±0．162．32±0．130．001GRFmax(BW)0．91±0．100．78±0．080．016

3.2 不同水平運動員弓步動作前腿膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)指標(biāo)

兩組運動員弓步動作中前腿膝關(guān)節(jié)運動學(xué)和動力學(xué)指標(biāo)如表3所示。兩組運動員屈膝程度均為正值，可見運動員前腿膝關(guān)節(jié)屈膝末膝角小于初始膝角，說明在弓步開始時運動員前腿伸膝前首先屈膝。不同水平運動員前腿屈膝程度不同，優(yōu)秀運動員屈膝程度顯著低于一般運動員(P=0.037)。在隨后的伸膝階段，兩組運動員伸膝程度無顯著性差異(P=0.293)，但優(yōu)秀運動員伸膝末膝角顯著大于一般運動員(P=0.018)，伸膝角速度峰值顯著低于一般運動員(P=0.029)。在弓步過程中，兩組運動員前腿膝關(guān)節(jié)伸膝力矩峰值(P=0.056)和功率峰值(P=0.074)均無顯著性差異。

3.3 不同水平運動員弓步動作后腿膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)指標(biāo)

優(yōu)秀運動員弓步動作后腿伸膝末膝角與一般運動員無顯著性差異(P=0.079)，但優(yōu)秀運動員后腿膝關(guān)節(jié)伸膝力矩峰值(P=0.030)顯著高于一般運動員，后腿伸膝功率峰值到達的時間顯著小于一般運動員(P=0.021)；運動員弓步動作中后腿伸膝角速度峰值組間無顯著差異(P=0.416；表4)。

注：初始膝角為準(zhǔn)備姿勢中的前腿膝關(guān)節(jié)角度；屈膝末膝角為弓步開始后前腿膝關(guān)節(jié)屈膝末的角度；屈膝程度=初始膝角-屈膝末膝角；伸膝末角度為前腿伸膝階段最大膝角；伸膝程度=伸膝末角度-屈膝末角度。

優(yōu)秀運動員(n=7)一般運動員(n=9)P初始角度(°)127．99±12．80125．52±7．590．638伸膝末膝角(°)175．75±5．57168．47±8．850．079角速度峰值(°/s)470．23±82．19434．12±88．040．416力矩峰值(Nm/kg)2．78±0．272．37±0．380．030功率峰值(W/kg)12．21±2．0210．16±2．280．082功率峰值到達時間(s)0．45±0．060．59±0．130．021

注：初始角度為弓步動作起點受試者后腿膝關(guān)節(jié)角度；伸膝末膝角為后腿伸膝階段最大膝角。

4 討論與分析

國內(nèi)、外對擊劍弓步動作的研究多以運動員弓步重心平均速度、最大速度以及弓步距離作為評判弓步質(zhì)量的主要指標(biāo)[12]。在多數(shù)研究中，只要求受試者以最快速度做弓步動作，并未設(shè)置弓步目標(biāo)和距離，且受試者未持劍，這可能會使不同受試者在測試時選擇不同標(biāo)準(zhǔn)的弓步距離，而運動員在做長距離大幅度弓步和短距離快節(jié)奏弓步時速度可能并不相同。在征求運動員和教練員建議的基礎(chǔ)上，結(jié)合擊劍運動員比賽狀態(tài)下發(fā)動弓步的距離，本研究將劍靶設(shè)置在距運動員準(zhǔn)備姿勢后腳腳尖1.5倍身高處[17]。這一距離下的弓步為長弓步[17]，要求運動員持劍盡力做快速弓步刺靶，將弓步動作中身體重心最大水平速度定義為弓步速度[9,10,16]。結(jié)果顯示，優(yōu)秀運動員弓步水平方向重心速度峰值(2.64±0.16 m/s)顯著高于一般運動員(2.32±0.13 m/s,P=0.001)?？梢?，以弓步速度作為評價運動員弓步質(zhì)量的指標(biāo)，本研究優(yōu)秀運動員弓步質(zhì)量高于一般運動員。

在擊劍弓步動作中，后腿蹬地獲得的水平方向地面反作用力是弓步向前的驅(qū)動力，其大小是弓步速度的決定性因素[1,8,12]。本研究優(yōu)秀運動員弓步動作后腿蹬地水平方向地面反作用力峰值(0.91±0.10 BW)顯著高于一般運動員(0.78±0.08 BW,P=0.016)，說明優(yōu)秀運動員弓步向前的驅(qū)動力高于一般運動員。

目前有研究認(rèn)為，運動員后腿膝關(guān)節(jié)伸肌力量是影響弓步驅(qū)動力大小的重要因素[6,9]。Guilhem等人[9]對優(yōu)秀擊劍運動員雙側(cè)下肢主要肌肉進行等速肌力測試，另外對其在弓步過程中的活動進行肌電測試，結(jié)合運動員弓步表現(xiàn)進行分析后發(fā)現(xiàn)，弓步后腿膝關(guān)節(jié)伸肌最大等速肌力與弓步速度峰值顯著相關(guān)(r=0.60～0.81)；在弓步加速階段，運動員后腿伸肌的活動水平與此階段運動員的重心平均速度相關(guān)，運動員弓步后腿臀大肌、股直肌、股外側(cè)肌、比目魚肌、腓腸肌外側(cè)的收縮對弓步速度貢獻明顯。另外，Cronin等人[6]對擊劍運動員膝關(guān)節(jié)伸肌進行等速肌力測試后發(fā)現(xiàn)，弓步速度與弓步后腿膝關(guān)節(jié)伸肌最大等速肌力的相關(guān)系數(shù)為0.62。通過已有研究可以發(fā)現(xiàn)，運動員弓步后腿膝關(guān)節(jié)伸肌是貢獻弓步向前驅(qū)動力的主要肌群之一，其爆發(fā)力及在擊劍弓步動作中的運動表現(xiàn)能夠?qū)剿俣犬a(chǎn)生重要影響。

本研究結(jié)果顯示，優(yōu)秀運動員弓步過程中后腿膝關(guān)節(jié)所能達到的力矩峰值(2.87±0.27 Nm/kg)顯著高于一般運動員(2.37±0.38 Nm/kg,P=0.030)，后腿伸膝功率峰值到達時間(0.45±0.06 s)顯著小于一般運動員(0.59±0.13 s,P=0.021)，且優(yōu)秀運動員后腿伸膝功率峰值(12.21±0.27 W/kg)在統(tǒng)計學(xué)上有高于一般運動員(10.16±2.28 W/kg,P=0.082)的趨勢?？梢?，優(yōu)秀運動員弓步后腿膝關(guān)節(jié)在短時間內(nèi)能產(chǎn)生更強的關(guān)節(jié)功率，反映出優(yōu)秀運動員具有更強的膝關(guān)節(jié)伸肌爆發(fā)力。本研究認(rèn)為，優(yōu)秀運動員弓步速度大于一般水平運動員的重要原因是優(yōu)秀運動員弓步后腿膝關(guān)節(jié)伸肌具有更強的爆發(fā)力，在蹬地時能產(chǎn)生更大的水平方向地面反作用力，而這個力是弓步向前的驅(qū)動力[1,8,12]，弓步驅(qū)動力的增大必然有利于弓步速度的提高。

在對弓步后腿膝關(guān)節(jié)運動方式的研究中，彭道福等人[3]對影響12名擊劍運動員弓步速度的生物力學(xué)因素進行灰色關(guān)聯(lián)分析后認(rèn)為，后腿膝關(guān)節(jié)角度變化越大，對運動員弓步速度的影響也越大，降低重心減小弓步動作膝關(guān)節(jié)初始角度有利于弓步速度的提高。另外有研究表明，在擊劍運動員弓步動作中后腿膝關(guān)節(jié)最大角度平均在170°以上，后腿基本接近伸直[19]。然而，不同水平擊劍運動員在弓步準(zhǔn)備姿勢中的后腿膝關(guān)節(jié)角度以及弓步動作中后腿膝關(guān)節(jié)最大角度是否存在差異尚不清楚。本研究結(jié)果顯示，優(yōu)秀運動員和一般運動員弓步動作中后腿膝關(guān)節(jié)初始角度、伸膝末角度均無顯著性差異(P>0.05)?？梢?，優(yōu)秀擊劍運動員與一般水平擊劍運動員在弓步動作中后腿膝關(guān)節(jié)運動方式基本相似，弓步后腿膝關(guān)節(jié)的運動方式可能并非導(dǎo)致不同水平擊劍運動員弓步速度差異的原因。

近年來，前腿膝關(guān)節(jié)在擊劍弓步中的運動方式引起了研究者的注意，有研究發(fā)現(xiàn)，不同水平運動員弓步動作中前腿膝關(guān)節(jié)運動方式存在差異[7]。Gholipour等人[7]使用高速攝像機分別采集優(yōu)秀擊劍運動員和擊劍初學(xué)者的弓步動作，對比分析后發(fā)現(xiàn)，弓步開始后受試者前腿膝關(guān)節(jié)并非直接開始做伸膝動作，而是先屈膝后伸膝，優(yōu)秀運動員屈膝程度(20°±12°)顯著低于初學(xué)者(38°±15°,P<0.05)。研究結(jié)果顯示，兩組受試者在弓步準(zhǔn)備姿勢時前腿膝角無顯著性差異(P>0.05)，在弓步啟動后所有受試者前腿膝關(guān)節(jié)先做屈，優(yōu)秀運動員屈膝程度(13.86°±6.52°)顯著低于一般運動員(25.35°±11.84°,P=0.037)，優(yōu)秀運動員屈膝末膝角(113.64°±12.57°)顯著大于一般運動員(100.26°±10.66°,P=0.037)，與Gholipour等人[7]的研究結(jié)果相似。本研究認(rèn)為，一般運動員在弓步動作中增大前腿伸膝之前的屈膝程度，使前腿股四頭肌初長度被拉長，為之后的加速伸膝積蓄了能量，有利于小腿向前加速擺動。結(jié)果顯示，一般運動員前腿伸膝角速度峰值(428.50±135.13°/s)顯著高于優(yōu)秀運動員(287.08±82.31°/s，P=0.029)，說明一般運動員前腿伸膝過程中小腿向前擺動的速度更快。從本研究的結(jié)果看，一般運動員后腿蹬地水平方向地面反作用力峰值顯著小于優(yōu)秀運動員(P<0.05)，推測一般運動員因后腿蹬地為弓步提供驅(qū)動力不足，故通過增大前腿伸膝前的屈膝程度來提高伸膝角速度，使前側(cè)小腿向前快速擺動帶動身體總重心前移，以代償后腿蹬地力量的不足，試圖將弓步速度維持在較高水平。

另外，一般運動員前腿伸膝之前較大的屈膝程度可能會對弓步效果產(chǎn)生不利影響。運動員弓步啟動時前腿離地，后腿迅速蹬地產(chǎn)生向前的地面反作用力。本研究認(rèn)為，優(yōu)秀運動員前腿由于屈膝程度較小，能更早地配合后腿蹬地進行伸膝，并迅速向前踢出小腿完成弓步；而一般運動員前腿屈膝程度較大，可能會延長屈膝時間，導(dǎo)致前腿伸膝與后腿蹬地銜接較慢，表現(xiàn)為前腿伸膝動作更加倉促。本研究結(jié)果顯示，在前腿伸膝階段，優(yōu)秀運動員前腿伸膝時間(0.39±0.09 s)顯著長于一般運動員(0.27±0.05 s，P=0.005)，與上述推測一致。提示，相比于優(yōu)秀運動員，一般運動員因為前腿膝關(guān)節(jié)伸膝動作開始較晚，故需要更大的關(guān)節(jié)角速度在更短的時間內(nèi)完成伸膝動作。這可能會造成一般運動員弓步動作不如優(yōu)秀運動員更加舒展、有效，表現(xiàn)在前腿的過分使用，并可能對弓步末期前腿的落地造成不利影響。從戰(zhàn)術(shù)角度考慮，優(yōu)秀運動員前腿更加寬松的伸膝時間可為最終的出劍和下劍選擇創(chuàng)造條件，而一般運動員前腿較快速的伸膝和落地反而會造成出劍和下劍選擇較少，難以做到根據(jù)對手反應(yīng)適時改變劍的落點。此外，優(yōu)秀運動員前腿伸膝末膝角(169.35°±4.51°)顯著大于一般運動員(160.61°±7.66°,P=0.018)，說明優(yōu)秀運動員前腿在相對寬松的伸膝時間內(nèi)得到了較充分的伸展，前腿擺動幅度更大，有利于增加弓步距離[4]。

綜上，優(yōu)秀擊劍運動員弓步速度高于一般水平運動員，主要原因與弓步動作中后腿膝關(guān)節(jié)動力學(xué)表現(xiàn)的差異有關(guān)。優(yōu)秀運動員弓步后腿膝關(guān)節(jié)動力學(xué)表現(xiàn)優(yōu)于一般運動員可能是由于優(yōu)秀運動員后腿膝關(guān)節(jié)伸肌爆發(fā)力強于一般運動員。運動員弓步啟動后前腿首先屈膝后伸膝。在后腿提供驅(qū)動力相對較小的情況下，一般運動員弓步啟動時通過增大前腿伸膝前的屈膝程度來增大小腿擺動速度，帶動身體重心前移，以代償后腿蹬地力量的不足，試圖將弓步速度維持在較高水平。但是，一般運動員弓步動作中前腿伸膝前相對較大的屈膝程度可能會限制弓步距離，同時，對出劍選擇及弓步落地后續(xù)連接動作產(chǎn)生不利影響。

5 結(jié)論與建議

后腿膝關(guān)節(jié)在弓步動作中的動力學(xué)表現(xiàn)是決定擊劍運動員弓步速度的主要原因。不同水平擊劍運動員弓步動作中后腿蹬地能力的差異導(dǎo)致了前腿膝關(guān)節(jié)運動學(xué)表現(xiàn)的差異，一般運動員通過增加前腿伸膝前的屈膝程度，增大伸膝階段的小腿擺動速度，帶動重心前移來代償后腿蹬地為弓步提供驅(qū)動力的不足。在擊劍運動員力量訓(xùn)練中，加強后腿膝關(guān)節(jié)伸肌爆發(fā)力訓(xùn)練，有利于提高運動員弓步動作中后腿蹬地提供的驅(qū)動力。減小弓步啟動時前腿伸膝前的屈膝程度，提前伸膝動作，可減少前腿在弓步動作中的負(fù)擔(dān)，有利于提高弓步動作的有效性。

[1]程鵬,王雁,衣龍燕.我國優(yōu)秀男子花劍運動員弓步刺動作的速度特征及協(xié)調(diào)性研究[J].中國體育科技,2013,49(5):106-111.

[2]教材編寫組,擊劍[M].北京：人民體育出版社,1996.

[3]彭道福,伍勰,郭黎.影響擊劍運動員向前弓步速度生物力學(xué)因素的灰色關(guān)聯(lián)分析[J].中國體育科技,2013,49(3):100-105.

[4]舒建平.影像測量數(shù)據(jù)在擊劍弓步技術(shù)診斷中的應(yīng)用[J].天津體育學(xué)院學(xué)報,2010,25(3):262-266.

[5]AQUILI A,TANCREDI V,TRIOSSI T.Performance analysis in saber[J].J Strength Cond Res,2013,27(3):624-630.

[6]CRONIN J,MCNAIR P J,MARSHALL R N.Lunge performance and its determinants[J].J Sport Sci,2011,21(1):49-57.

[7]GHOLIPOUR S,MOHAMMAD A T,FARZAM F.Kinematics analysis of fencing lunge using stereophotogrametry[J].World J Sport Sci,2008,1(1):32-37.

[8]GRESHAM-FIEGEL C N,HOUSE P D,ZUPAN M F.The effect of nonleading foot placement on power and velocity in the fencing lunge[J].J Strength Cond Res,2013,27(1):57-63.

[9]GUILHEM G,GIROUX C,COUTURIER A.Mechanical and muscular coordination patterns during a high-level fencing assult[J].Med Sci Sports Exe,2014,46(2):341-350.

[10]GUTIERREZ-DAVILA M,ROJAS F J,ANTONIO R.Response timing in the lunge and target change in elite versus medium-level fencers[J].Eur J Sport Sci,2013,13(4):364-371.

[11]HAY J G.The Biomechanics of Sports Techniques[M].Prentice-Hall,Inc.Englewood Cliffs,NJ.1993.

[12]ROI G S,BIANCHEDI D.The science of fencing[J].J Sports Med,2008,38(6):465-481.

[13]SUCHANOWSKI A,BORYSIUK Z,PAKOSZ P.Electromyography signal analysis of the fencing lunge by Magda Mroczkiewicz,the leading world female competitor in foil[J].Baltic J Health Physical Activity,2011,3(3):172-175.

[14]SZABO L.Fencing and Master[M].Budapest,Hungary.Franklin Printing，1982.

[15]SZILAGUI T.Dynamic Characterization of Fencing Lunge[C]//ISBS XIV Congress,Paris,July,1993:1314-1315.

[16]TSOLAKIS C,VAGENA G.Anthropometric,physiological and performance characteristics of elite and sub-elite fencers[J].J Hum Kinet,2010,23(1):89-95.

[17]WILLIAMS L R T,WALMSLEY A.Response timing and muscular coordination in fencing:A comparison of elite and novice fencers[J].J Sci Med Sport,2000,3(4):460-475.

[18]YU B.Determination of the optimum cutoff frequency in the digital filter data smoothing procedure[C]//XII International Congress of Biomechanics,University of California,Los Angeles,CA,1989.

[19]ZHANG B M,CHU D P K,HONG Y.Biomechanical analysis of the lunge technique in the elite female fencers[C]//ISBS 1999:65-68.

[20]ZHENG S Y.Modern Sports Biomechanics[M].Beijing National Defence Industry Press，2002：169-188.

Biomechanical Analysis on Knee Joints during Fencing Lunge in Athletes of Different Levels

GUAN Yan-fei,GUO Li,WU Na-na,ZHENG Jia-cai,LIU Hai-rui

Objective:To investigate the kinetic and kinematic difference of knees and their contribution to the speed in fencing lunges in athletes of different levels.Methods:7 elite fencers (EF) and 9 medium-level fencers (MF) were asked to perform long-distance lunges at their fastest possible speed.Three-dimensional kinematics and kinetics of knees,horizontal velocity of center of gravity (HV),ground reaction force (GRF) of the lunges were recorded and then analyzed using Visual3D.Result:EF group showed significantly higher peak HV,horizontal peak GRF of rear leg and peak joint moment of rear knee joint than MF group (P<0.05) during lunge;Both EF and MF group flexed their leading knee prior to extension in the initiation phase of a lunge.However,EF group showed significantly smaller initial flexion angle with higher peak extension angular velocity in leading knee compared to MF group (P<0.05).Conclusions:EF group can reach higher lunge speed which is closely related to the kinetic variables of rear knee during lunge.The different kinematic performance of leading knees is determined by GRF produced by rear leg.A large flexion of the leading knee prior to extension in initiation phase of a lunge might restrict lunge distance,influence decision-making of fencers and have adverse effect in landing and brake phase.

fencing;lunge;kneejoint;explosivepower;velocityofcenterofgravity

2014-06-04；

2015-05-28

上海市地方高校大文科研究生學(xué)術(shù)新人培育計劃項目(xsxr2013043)；上海市科委項目(13490503800)。

管延飛(1988-)，男，山東青島人，在讀碩士研究生，主要研究方向為優(yōu)秀運動員訓(xùn)練監(jiān)控，E-mail:413230648@163.com；郭黎(1976-)，男，陜西西安人，副教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究方向為高水平運動隊訓(xùn)練監(jiān)控，Tel:(021)51253246，E-mail:guoli@sus.edu.cn；吳娜娜(1988-)，女，山東聊城人，在讀碩士研究生，主要研究方向為運動健康促進，E-mail:xiaoqi158158@163.com；鄭加財(1986-)，男，山東淄博人，碩士，主要研究方向為優(yōu)秀運動員訓(xùn)練監(jiān)控，E-mail:317468783@qq.com；劉海瑞(1988-)，男，河南安陽人，博士，主要研究方向為運動訓(xùn)練學(xué)、運動生物力學(xué)，E-mail:lhr_mm@163.com。

上海體育學(xué)院，上海 200438 Shanghai University of Sport,Shanghai 200438,China.

1002-9826(2015)04-0058-05

10.16470/j.csst.201504008

G885.016

A